计算机组成原理阵列乘法器课程设计报告.doc

【计算机组成原理阵列乘法器课程设计报告】 在计算机科学与技术专业中，计算机组成原理是一门至关重要的核心课程，旨在让学生理解计算机硬件的基本构造和工作原理。课程设计是该课程的重要组成部分，通过实际操作设计一个4位乘法器，以提升学生的实践能力和问题解决能力。本次课程设计的目标是设计并实现一个4位二进制乘法器，输入为4位被乘数A和4位乘数B，输出为8位乘积q。 设计任务的关键在于构建一个能够执行二进制乘法运算的硬件结构。4位阵列乘法器主要由两部分组成：求补器和阵列全加器。求补器用于处理二进制数的加减运算，而阵列全加器则是实现多位加法的核心部件，它们共同作用于完成乘法运算。 在设计过程中，需要运用电子逻辑学的基本原理，如布尔代数和门电路设计，以及在课程中学到的计算机系统架构知识。此外，灵活的思维方式和团队协作能力也是成功完成设计的重要因素。每个小组成员应积极参与，共同解决问题，以实现设计目标。 实验原理方面，阵列乘法器基于数字逻辑运算，采用现场可编程门阵列（FPGA）进行实现。FPGA是一种半定制电路，允许用户根据需求配置逻辑门，既解决了定制电路的灵活性问题，又克服了传统可编程器件门电路数量的限制。乘法运算的实现是通过将乘数的每一位与被乘数逐位相乘，得到部分积，然后将这些部分积相加，得到最终的乘积。在这个过程中，阵列结构使得并行计算成为可能，大大提高了运算速度。 实验环境通常使用MaxPlus2这样的EDA工具，它提供了图形化的界面来创建和编辑电路设计。在MaxPlus2中，首先要新建工程，设定项目名称和实体名。接着，利用图形编辑器输入原理图，通过调入所需的逻辑符号（如与门、或门、非门、触发器等）构建电路。一旦设计完成，可以通过仿真和综合步骤验证其正确性，确保乘法器的功能符合预期。 总体方案设计了一个如图3所示的结构，其中包含了多级阵列全加器，每级对应乘数和被乘数的一位。通过纵横交错的连接，实现了乘数与被乘数的逐位相乘并求和的过程。根据乘法运算的规则，将所有部分积加在一起，得到最终的8位乘积。 设计方案中提到，为了提高运算速度，可以采用类似人工计算的方法，将乘数Y的每一位送到阵列的每一行，而被乘数X的每一位则送到每一对斜列，这样可以在并行处理中实现快速乘法。 4×4阵列乘法器是通过多个4位全加器并行运算实现的，每个全加器负责处理两个4位二进制数的部分积。通过这种方式，可以有效地减少运算时间，提高整个乘法器的效率。 这个课程设计项目不仅涵盖了计算机组成原理的基础知识，还涉及到电子逻辑设计、FPGA编程和系统集成等多个方面的技能。通过这样的实践，学生能深入理解和掌握计算机硬件的工作原理，同时提升自己的工程设计和问题解决能力。